laporan pendahuluan tension.docx
DESCRIPTION
teknik mesinTRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Uji Tarik merupakan salah satu pengujian untuk mengetahui sifat – sifat
suatu bahan. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana
bahan tersebut berekasi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana
material itu bertambah panjang.
Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik, bila kita terus menarik
suatu bahan suatu logam sampai putus kita akan mendapatkan profil tarikan yang
lengkap yang berupa kurva. Kurva ini menunjukan hubungan antara gaya tarikan
dengan perubahan panjang.
Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan
tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu
bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman
( grip ) yang kuat dan kekakuan yang tinggi ( highly stiff ).
Suatu logam mempunyai sifat – sifat tertentu yang dibedakan atas sifat fisik,
mekanik, thermal dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat tersebut adalah sifat
mekanik. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan, kekuatan dan ketangguhan.
Sifat mekanik merupakan salah satu acuan untuk melakukan proses selanjutnya
terhadap suatu material yang selanjutnya dibentuk dan dilakukan proses permesinan.
Dalam pembuatan suatu konstruksi diperlukan materila dengan spesifikasi
dan sifat – sifat yang khusus pada setiap bagiannya. Diperlukan materila yang kuat
untuk menerima beban diatasnya, material juga harus elastis agar pada saat terjadi
pembebanan standart atau berlebih tidak patah.
Meskipun dalam proses pembuatan telah diprediksi sifat mekanik dari logam,
kita perlu benar – benar mengetahui nilai mutlak dan akurat dari sifat mekanik
logam tersebut. Pengujian dimaksudkan agar kita dapat mengetahui besar sifat
mekanik dari material, sehingga dapat dilihat kelebihan dan kekurangannya.
Pengujian tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat – sifat mekanis suatu
material, khususnya logam diantara sifat – sifat mekanis yang dapat diketahui dari
hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut :
1. Kekuatan tarik
2. Kuat luluh dari material
3. Keuletan dari material
4. Modulus elastic dari material
5. Kelentingan dari suatu material
6. Ketangguhan.
Pengujian tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan
dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan.
Karena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya
statis yang diberikan secara perlahan. Pengujian tarik ini merupakan salah satu
pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat
memberikan berbagai informasi mengenai sifat – sifat logam.
1.2 Tujuan
Praktikum ini mempunyai tujuan kepada mahasiswa antara lain :
1) Mahasiswa mampu mengaplikasikan teori dalam praktek.
2) Mahasiswa mampu memahami cara melakukan pengujian tarik dan mengerti
karakteristik pengujian yang terjadi.
3) Mahasiswa mampu melakukan analisa data terhadap pengujian tarik dengan
membaca kurva diagram tarik.
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Teori Dasar
Hukum Hooke (Hooke's Law)
Hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban
atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut.
Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs
beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan (stress) dan regangan (strain)
adalah konstan.
“Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan”
“strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan”
Dirumuskan:
Stress (Tegangan Mekanis): σ= FA
Dimana :
F = gaya tarikan
A = luas penampang
Strain (Regangan): ε=∆ LL
Dimana :
ΔL = Pertambahan panjang
L = Panjang awal
Maka, hubungan antara stress dan strain dirumuskan:E=σε
atau δLLo
= FE . A .0
Dimana :
E = Modulus elastisitas yang merupakan konstanta bahan
ε = Regangan
σ = Tegangan
δL = Pertambahan panjang material
Lo = Panjang mula – mula material
F = Beban tarik
Ao = Luas penampang material
Untuk menghitung tegangan ( σ ¿ dan Regangan ( ε ¿ digunakan rumus :
σ= FAo
dan ε=AlLo
x 100%
Dimana :
F = Gaya Total ( Newton )
A0 = Luas Penampang awal (m² )
L0 = Panjang Mula – mula ( m )
Untuk reduksi penampang dapat dihitung dengan menggunakan :
Q= Ao−AfAo
x100 %
Dimana :
Q = Reduksi Penampang dalam persen
Ao = Luas Penampang awal
Af = Luas penampang
Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini sering disingkat
dengan kurva SS (SS curve).
kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam
daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu
tetap. E diberi nama "Modulus Elastisitas" atau " Modulus Young".
Gambar 2.1. Kurva Pertambahan Panjang.
B. Dasar Pengujian Logam
Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu
bahan/ material dengan cara memberikan beban gaya. Hasil yang didapatkan dari
pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena
menghasilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur
ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.
Gambar 2.2. Mesin Uji Tarik.
Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada
material. Dimana spesimen uji yang telah distandarisasi, dilakukan pembebanan
uniaxial sehingga spesimen uji mengalami peregangan dan bertambah panjang hingga
akhirnya patah. Pengujian tarik relatif sederhana, murah dan sangat terstandarisasi
dibanding pengujian lain. Hal – hal yang perlu diperhatikan agar pengujian
menghasilkan nilai valid adalah bentuk dan dimensi spesimen uji, pemilihan grips dll.
Beban tarikan adalah apabila pada suatu benda bekerja beberapa gaya yang
arah garis kerja gaya berlawanan ( bertolak belakang ). Besarnya gaya tarik yang
dapat ditahan batang bahan uji dengan ukuran dan penampang tertentu, dapat
ditentukan dengan cara membebani batang tersebut dengan tarikan yang semakin
tinggi dan mengukur besarnya gaya maksimum yang dapat ditahan oleh batang
sebelum putus dan patah .
Gambar. 2.3. Kerja gaya tarik terhadap batang uji.
Apabila setap mm² penampang dari bahan menerima/ menahan beban yang sama
besar sebelum bahan uji tarik putus, maka harga ini disebut kekuatan tarik.
C. Konsep Dasar Tegangan dan Regangan
Proses pembentukan secara metalurgi merupakan proses deformasi plastis.
Deformasi plastis artinya adalah apabila bahan mengalami pembebanan sewaktu
terjadinnya proses pembentukan dimana setelah beban dilepaskan maka diharapkan
pelat tidak kembali kekeadaan semula. Bahan yang mengalami proses embentukan ini
mengalami peregangan atau penyusutan. Terbentuknya bahan inilah yang dikatakan
sebagai deformasi plastis. Kondisi proses pembentukan dengan deformasi plastis ini
mendekatkan teori pembentukan dengan teori plastisitas.
Teori plastisitas membahas prilaku bahan pada regangan dimana pada kondisi
tersebut hukum hook tidak berlaku lagi. Aspek – aspek deformasi plastis membuat
formulasi matematis teori plastisitas lebih sulit dari pada perilaku benda pada elastis.
Pada hasil uji tarik sebuah benda uji menunjukan grafik tegangan regangan yang
terbentuk terdiri dari komponen elastis yang ditunjukan pada garis linier dan kondisi
plastis ditunjukan pada garis parabola sampai mendekati putus.
Deformasi elastis tergantung dari keadaan awal dan akhir tegangan serta
regangan – regangan plastis tergantung dari jalannya pembebanan yang menyebabkan
tercapainnya keadaan akhir. Gejalan pengerasan regang ( strain hardening ) sewaktu
pelat mengalami proses pembentukan sulit diteliti dengan pendekatan teori plastisitas
ini.
Gambar.2.4. Kurva Tegangan dan Regangan
Teori plastisitas telah menjadi salah satu bidang mekanika kontinum yang paling
berkembang, dam suatu kemajuan untuk mengembangkan suatu teori dalam rekayasa
yang penting. Analisis regangan plastis diperlukan dalam menangani proses
pembentukan logam. Teori plastisitas ini didasari atas pengujian tarik, dimana
pengujian tarik ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari suatu bahan.
Gambar 2.5. Benda Yang Diberi Gaya Tarik
Prinsip dasar pengujian tarik yang dilakukan ini adalah dengan melakukan
penarikan terhadap suatu bahan sampai bahan tersebut putus/ patah. Gaya tarik yang
dikenakan pada spesimen benda uji sejajar dengan garis sumbu spesimen ( bahan uji )
dan tegak lurus terhadap penampang spesimen yang sudah ditentukan menurut BS,
ISO, ASTM dan sebagainnya. Pengujian tarik merupakan pengujian terpenting dalam
pengujian statis, secara skematis hasil pengujian tarik untuk logam diperlihatkan
dibawah ini :
Gambar 2.6. Dimensi Spesimen Uji Tarik ( JIS Z2201 ).
D. Detail Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Logam
Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat
digeneralisasi seperti pada gambar.
Gambar 2.9. Kurva Hasil Uji Tarik
Asumsi bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah
panah dalam gambar.
Batas elastisitas σϵ (elastic limit ).
Dalam gambar dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai
pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke
kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol”
pada titik O .Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak
lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas
regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis
yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada
standarisasi yang universal mengenai nilai ini.
Batas proporsional σp ( proportional limit ) .
Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada
standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama
dengan batas elastis.
Deformasi plastis ( plastis deformation )
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada gambar diatas
yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai
daerah landing.
Tegangan luluh atas σ uy( upper yield stress ).
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan
deformasi elastis ke plastis.
Tegangan luluh bawah σ ly ¿)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi
plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud
adalah tegangan ini.
Regangan luluhε y¿yield strain )
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis
Regangan elastis ε e(Elastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan
regangan ini akan kembali ke posisi semula.
Regangan plastis ε p(plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan
ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
Regangan total ( total strain )
Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+εp. Perhatikan
beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total.
Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang
tinggal (OE) adalah regangan plastis.
Tegangan tarik maksimum ( ultimate tensile strength )
Pada gambar ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum
yang didapatkan dalam uji tarik.
Kekuatan patah ( breaking strength )
Pada gambar ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan
yang diuji putus atau patah.
Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis
satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran
tanpa satuan.
Kelenturan (ductility)
Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang
terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut
lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila
kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).
Derajat kelentingan ( resilience )
Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi
dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus
of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3atau Pa).
Derajat ketanguhan ( toughness )
Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut
putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam
gambar 2.6., modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.
Ketangguhan ( So) adalah perbandingan antara kekuatan dan keuletan.
Pengerasan regang ( strain hardening ).
Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding
regangan setelah memasuki fase plastis.
Tegangan sejati, regangan sejati ( true stress, true strain )
Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan
berdasarkan luas penampang bahan secara real time.
Gambar.2.11. Regangan Sejati
Regangan sejati didefinisikan sebagai pertambahan panjang dL dibagi panjang bahan L.
E. Mesin Uji Tarik
Dilihat dari cara pemberian beban atau gaya tarik pada batang uji maka mesin uji
dapat dibedakan menjadi 2 ( dua ) yaitu :
1. Mesin uji tarik mekanik
2. Mesin uji tarik hidrolik
Mesin uji tarik mekanik, pemberian gaya tarik diperoleh melalui sistem
mekanik roda – roda gigi yang digerakan dengan tangan ataupun dengan motor listrik.
Kapasitas mesin uji tarik mekanik ini biasanya realtif rendah dibandingkan dengan
mesin hidrolik.
Gambar 2.12 Mesin uji tarik mekanik
Mesin uji tarik hidrolik, gaya tarik dihasilkan oleh tekanan minyak didalam
silindernya. Kapasitas mesin hidrolik relatif besar dan biasannya mesin ini universal
sehingga dapat digunakan untuk melaksanakan beberapa macam pengujian
diantarannya :
Pengujian tarik
Pengujian tekan
Pengujian geser
Pengujian lengkung
Gambar 2.13 Mesin Uji tarik hidrolik